JP4202010B2

JP4202010B2 - 内燃機関の排気浄化装置

Info

Publication number: JP4202010B2
Application number: JP2001317192A
Authority: JP
Inventors: 純一加古; 晋爾小島; 直樹馬場
Original assignee: Toyota Motor Corp; Toyota Central R&D Labs Inc
Current assignee: Toyota Motor Corp; Toyota Central R&D Labs Inc
Priority date: 2001-10-15
Filing date: 2001-10-15
Publication date: 2008-12-24
Anticipated expiration: 2021-10-15
Also published as: JP2003120274A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は内燃機関の排気浄化装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
内燃機関から排出される排気ガス中の窒素酸化物（ＮＯ_x ）を浄化するためのＮＯ_x 触媒が知られている。ＮＯ_x 触媒としては、そこに流入する排気ガスの空燃比がリーンであるときに排気ガス中のＮＯ_x を吸収し、そこに流入する排気ガスの空燃比がリッチになると、吸収しているＮＯ_x を放出し、この放出したＮＯ_x を排気ガス中のＨＣ，ＣＯ，Ｈ₂ などの還元剤により還元して浄化するタイプのＮＯ_x 触媒が公知である。
【０００３】
このタイプのＮＯ_x 触媒は、主に、大部分の機関運転領域でリーン空燃比にて機関燃焼が行われるタイプの内燃機関において使用される。この場合、内燃機関からリーン空燃比の排気ガスが排出されている間は、排気ガス中のＮＯ_x はＮＯ_x 触媒に吸収され続ける。ここで大部分の機関運転領域において内燃機関からはリーン空燃比の排気ガスが排出されるので、ＮＯ_x 触媒に吸収されているトータルのＮＯ_x の量（以下、トータルＮＯ_x 吸収量と称す）が、やがては、ＮＯ_x 触媒が最大限に吸収することができるＮＯ_x の量（以下、最大ＮＯ_x 吸収可能量と称す）を超えてしまう。この場合、もはやＮＯ_x 触媒にＮＯ_x が吸収されずに、ＮＯ_x 触媒から下流にＮＯ_x が流出し、排気エミッションが悪化してしまう。
【０００４】
そこで、上述したタイプの内燃機関において上述したタイプのＮＯ_x 触媒を使用する場合には、トータルＮＯ_x 吸収量が最大ＮＯ_x 吸収可能量を超える前に、ＮＯ_x 触媒にリッチ空燃比の排気ガスを供給し、ＮＯ_x を還元浄化するようにしなければならない。
【０００５】
一方、ＮＯ_x 触媒にリッチ空燃比の排気ガスを供給すべきか否かを判断するためには、トータルＮＯ_x 吸収量をできるだけ正確に把握しておく必要がある。トータルＮＯ_x 吸収量を算出するための手段としては、単にＮＯ_x 触媒に流入したＮＯ_x の濃度に、単位時間当たり且つＮＯ_x 触媒中の単位ＮＯ_x 濃度当たりにＮＯ_x 触媒に吸収可能なＮＯ_x の量（以下、ＮＯ_x 吸収速度定数と称す）を掛け、斯くして得られた単位時間当たりにＮＯ_x 触媒に吸収されたＮＯ_x の量（以下、単位ＮＯ_x 吸収量と称す）を積算するという手段がある。
【０００６】
しかしながら、ＮＯ_x 吸収速度定数は、ＮＯ_x 触媒の最大ＮＯ_x 吸収可能量と、時々刻々のトータルＮＯ_x 吸収量により変化する。したがって上述した手段では、必ずしもトータルＮＯ_x 吸収量を正確に把握しておくことができない。そこで、特開平８−２９６４７２号公報では、ＮＯ_x 触媒の最大ＮＯ_x 吸収可能量とそのときのトータルＮＯ_x 吸収量とに応じたＮＯ_x 吸収速度定数を算出し、このＮＯ_x 吸収速度定数を用いてトータルＮＯ_x 吸収量を算出するようにしている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、ＮＯ_x 触媒のＮＯ_x 吸収速度定数に影響する要因としては、ＮＯ_x 触媒の最大ＮＯ_x 吸収可能量および時々刻々のトータルＮＯ_x 吸収量以外にも存在する。すなわち、より正確にトータルＮＯ_x 吸収量を把握するという観点では、上記公報に記載されているトータルＮＯ_x 吸収量算出方法に対しても、改善の余地が残されている。そこで本発明の目的は、より正確にＮＯ_x 触媒に吸収されているトータルのＮＯ_x の量を算出することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するための１番目の発明では、流入する排気ガスの空燃比がリーンであるときに排気ガス中のＮＯ_x を吸収し且つ流入する排気ガスの空燃比がリッチになると吸収しているＮＯ_x を排気ガス中の還元剤により還元浄化することができるＮＯ_x 触媒を具備する排気浄化装置において、ＮＯ _x 触媒内の領域を複数の領域に分割し、前記分割された各領域における初期ＮＯ _x 吸収速度定数と、前記分割された各領域に流入する単位時間当たりの排気ガス中のＮＯ _x の量とに基づいて、ＮＯ _x 触媒に流入する排気ガスの空燃比がリーンであるときに、前記分割された各領域ごとに単位時間当たりに吸収されるＮＯ _x の量を算出し、該分割された各領域ごとの単位時間当たりに吸収されるＮＯ _x の量に基づいて、ＮＯ _x 触媒に吸収されているトータルのＮＯ _x 量を算出するトータルＮＯ _x 量算出手段を具備し、前記分割された各領域に流入する単位時間当たりの排気ガス中のＮＯ _x の量の算出は、算出したい一つの領域となる対象領域よりも上流側にあるそれぞれの領域における単位時間当たりに吸収されたＮＯ _x の量の総和を算出し、該総和を最上流の領域に単位時間当たりに流入するＮＯ _x の量から引き算することにより行われる。すなわちこれによれば、ＮＯ _x 触媒内の分割された各領域における初期ＮＯ _x 吸収速度定数と、該分割された各領域に流入する単位時間当たりの排気ガス中のＮＯ _x 量とに基づいて、該分割された各領域ごとに単位時間当たりに吸収されるＮＯ _x の量が算出され、該分割された各領域ごとの単位時間当たりに吸収されるＮＯ _x の量に基づいて、トータルＮＯ_x 量が算出される。
【０００９】
２番目の発明では１番目の発明において、トータルＮＯ_x 量が許容限界値に達したときに、ＮＯ_x 触媒にリッチ空燃比の排気ガスを供給する。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施例について説明する。本実施例の排気浄化装置は、図１に示したように、ＮＯ_x 触媒１を具備する。ＮＯ_x 触媒１は、機関吸気通路、燃焼室およびＮＯ_X 触媒１上流の排気通路内に供給された燃料（炭化水素）の量に対する空気の量の比を排気ガスの空燃比と称すると、そこに流入する排気ガスの空燃比がリーンであるときに排気ガス中のＮＯ_x を吸収し、そこに流入する排気ガスの空燃比がリッチとなると、吸収しているＮＯ_x を放出し、この放出したＮＯ_x を排気ガス中のＨＣ，ＣＯ，Ｈ₂ などの還元剤により還元浄化することができる。
【００１１】
ＮＯ_x 触媒１はＮＯ_x 吸蔵剤と触媒金属とを具備する。ＮＯ_X 吸蔵剤は、例えば、アルミナを担体とし、この担体上に例えばカリウムＫ、ナトリウムＮａ、リチウムＬｉ、セシウムＣｓのようなアルカリ金属、バリウムＢａ、カルシウムＣａのようなアルカリ土類、ランタンＬａ、イットリウムＹのような希土類から選ばれた少なくとも一つと、白金Ｐｔのような貴金属とが担持されている。
【００１２】
ＮＯ_X 吸蔵剤の吸放出作用の詳細なメカニズムについては、明らかでない部分もある。しかしながら、この吸放出作用は、図２に示したようなメカニズムで行われているものと考えられる。次に、このメカニズムについて担体上に白金ＰｔおよびバリウムＢａを担持させた場合を例にとって説明するが他の貴金属、アルカリ金属、アルカリ土類、希土類を用いても同様なメカニズムとなる。
【００１３】
本実施例のＮＯ_x 触媒が配置される内燃機関では、使用頻度の高い大部分の運転状態において空燃比がリーンの状態で燃焼が行われる。このように空燃比がリーンの状態で燃焼が行われている場合には、排気ガス中の酸素濃度は高く、このときには図２（Ａ）に示したように、これら酸素Ｏ₂ がＯ₂ ^-またはＯ^2-の形で白金Ｐｔの表面に付着する。一方、流入した排気ガス中のＮＯは白金Ｐｔの表面上でＯ₂ ^-またはＯ^2-と反応し、ＮＯ₂ となる（２ＮＯ＋Ｏ₂ →２ＮＯ₂ ）。次いで生成されたＮＯ₂ の一部は白金Ｐｔ上で酸化されつつ吸蔵剤内に吸収されて酸化バリウムＢａＯと結合しながら、図２（Ａ）に示したように硝酸イオンＮＯ₃ ^-の形で吸蔵剤内に拡散する。このようにしてＮＯ_X がＮＯ_X 吸蔵剤内に吸収される。流入した排気ガス中の酸素濃度が高い限り、白金Ｐｔの表面でＮＯ₂ が生成され、吸蔵剤のＮＯ_X 吸収能力が飽和しない限り、ＮＯ₂ が吸蔵剤内に吸収されて硝酸イオンＮＯ₃ ^-が生成される。
【００１４】
一方、流入した排気ガスの空燃比がリッチにされると、流入した排気ガス中の酸素濃度が低下し、その結果、白金Ｐｔの表面でのＮＯ₂ の生成量が低下する。ＮＯ₂ の生成量が低下すると反応が逆方向（ＮＯ₃ ^-→ＮＯ₂ ）に進み、斯くして吸蔵剤内の硝酸イオンＮＯ₃ ^-がＮＯ₂ の形で吸蔵剤から放出される。このときＮＯ_X 吸蔵剤から放出されたＮＯ_X は、図２（Ｂ）に示したように、流入した排気ガス中に含まれる多量の未燃ＨＣ，ＣＯ，Ｈ₂ などの還元剤と反応して還元せしめられる。このようにして白金Ｐｔの表面上にＮＯ₂ が存在しなくなると、吸蔵剤から次から次へとＮＯ₂ が放出される。したがって流入した排気ガスの空燃比がリッチにされると、短時間のうちにＮＯ_X 吸蔵剤からＮＯ_X が放出され、しかも、この放出されたＮＯ_X が還元されるために、大気中にＮＯ_X が排出されることはない。
【００１５】
本実施例のＮＯ_x 触媒１は、排気通路２の一部を構成するケーシング３内に配置される。
【００１６】
ＮＯ_x 触媒１には、最大限に吸収することができる限界値（以下、最大ＮＯ_x 吸収可能量と称す）がある。したがってＮＯ_x 触媒１を上述した内燃機関の排気通路２内に配置して使用すると、ＮＯ_x 触媒１には大部分の機関運転領域においてリーン空燃比の排気ガスが流入するので、ＮＯ_x 触媒１に吸収されているトータルのＮＯ_x の量（以下、トータルＮＯ_x 量と称す）が、最大ＮＯ_x 吸収可能量に達する。この場合において、引き続きＮＯ_x 触媒１にリーン空燃比の排気ガスが流入し続けると、ＮＯ_x 触媒１はもはや排気ガス中のＮＯ_x を吸収することができないので、ＮＯ_x がＮＯ_x 触媒１を通過してその下流へと流出し、したがって排気エミッションが悪化してしまう。
【００１７】
そこで本実施例では、刻々と変化するトータルＮＯ_x 量を算出し、トータルＮＯ_x 量が最大ＮＯ_x 吸収可能量を超える前に、ＮＯ_x 触媒１にリッチ空燃比の排気ガスを供給し、ＮＯ_x 触媒１に吸収されているＮＯ_x をＮＯ_x 触媒１から放出させるようにする。ここで、算出されたトータルＮＯ_x 量が真のトータルＮＯ_x 量に近ければ近いほど、ＮＯ_x 触媒１下流へのＮＯ_x の流出をより精度高く抑制することができる。すなわち、排気エミッションをより良好な状態に維持するためには、より真の値に近いトータルＮＯ_x 量を算出することが重要である。そこで本実施例では、以下の方法によりトータルＮＯ_x 量を算出する。
【００１８】
すなわち、そのときに単位時間当たりにＮＯ_x 触媒１が吸収可能なＮＯ_x の量（以下、ＮＯ_x 吸収速度定数と称す）が多いほど、単位時間当たりにＮＯ_x 触媒１が吸収するＮＯ_x の量（以下、単位ＮＯ_x 吸収量）も多くなる。すなわち単位ＮＯ_x 吸収量を正確に算出するためには、そのときのＮＯ_x 吸収速度定数を正確に把握している必要がある。
【００１９】
本実施例のＮＯ_x 触媒１は貴金属とＮＯ_x 吸蔵剤とを有しているが、ＮＯ_x 吸収速度定数は貴金属からＮＯ_x 吸蔵剤までの距離によって異なり、図３に示したように、貴金属からＮＯ_x 吸蔵剤までの距離Ｄが長いほど、ＮＯ_x 吸収速度定数Ｖｎｏｘは小さくなる。
【００２０】
また、ＮＯ_x 吸蔵剤は触媒担体壁面上にコーティングされたコート層内に担持されているが、ＮＯ_x 吸収速度定数はコート層の表面からＮＯ_x 吸蔵剤までの距離によって異なり、コート層の表面からＮＯ_x 吸蔵剤までの距離が長いほど、ＮＯ_x 吸収速度定数は小さくなる。
【００２１】
さらに、ＮＯ_x は上述したコート層内を拡散しながらＮＯ_x 吸蔵剤に到達するが、ＮＯ_x 吸収速度定数はこのコート層内におけるＮＯ_x の拡散速度定数によって異なり、コート層内におけるＮＯ_x の拡散速度定数が大きいほど、ＮＯ_x 吸収速度定数も大きい。
【００２２】
上述した３つのパラメータ、すなわち貴金属からＮＯ_x 吸蔵剤までの距離、コート層の表面からＮＯ_x 吸蔵剤までの距離、そして、コート層内におけるＮＯ_x の拡散速度定数といった３つのパラメータがＮＯ_x 吸収速度定数に与える影響は、ＮＯ_x 触媒の使用状況によって変化はなく、初期的に決まるので、ＮＯ_x 触媒１内の領域を複数の領域に分割し、これら分割された領域（以下、触媒領域と称す）毎にその使用前に実験によりＮＯ_x 吸収速度定数を求めれば、求められたＮＯ_x 吸収速度定数には、上述した３つのパラメータの影響が反映されている。なお、上述した３つのパラメータはＮＯ_x 触媒の劣化度合に応じて若干の変化があることもあるので、機関運転中にＮＯ_x 吸収速度定数を同定し、斯くして同定されたＮＯ_x 吸収速度定数を用いるようにすると好ましい。
【００２３】
このように使用前に実験により求められた各触媒領域のＮＯ_x 吸収速度定数は各触媒領域において初期的に達成可能な最大のＮＯ_x 吸収速度定数である。したがって以下の説明では、使用前に実験により求められた各触媒領域のＮＯ_x 吸収速度定数を初期ＮＯ_x 吸収速度定数と称す。
【００２４】
さらに、ＮＯ_x 吸収速度定数はそのときに既にＮＯ_x 触媒１に吸収されているＮＯ_x の量（トータルＮＯ_x 吸収量）によって異なり、トータルＮＯ_x 吸収量が多いほど、ＮＯ_x 吸収速度定数は小さくなる。トータルＮＯ_x 吸収量はＮＯ_x 触媒１の使用中において刻々と変化するので、ＮＯ_x 触媒１の使用中においてトータルＮＯ_x 吸収量を算出するときには、このトータルＮＯ_x 吸収量についても考慮する必要がある。
【００２５】
さらに、ＮＯ_x 吸収速度定数はＮＯ_x 触媒１に流入する排気ガス中のＮＯ_x 濃度によっても異なり、排気ガス中のＮＯ_x 濃度が高いほど、ＮＯ_x 吸収速度定数は大きくなる。排気ガス中のＮＯ_x 濃度はＮＯ_x 触媒１の使用中において刻々と変化するので、ＮＯ_x 触媒１の使用中においてトータルＮＯ_x 吸収量を算出するときには、この排気ガス中のＮＯ_x 濃度についても考慮する必要がある。
【００２６】
さらに、ＮＯ_x 触媒１に流入した排気ガス中のＮＯ_x 濃度は、排気ガスがＮＯ_x 触媒１中を下流へ進むにつれて低くなる。なぜならば、排気ガス中のＮＯ_x はＮＯ_x 触媒１にその上流側から順に吸収されていき、排気ガス中のＮＯ_x が少なくなるからである。したがってＮＯ_x 触媒１の使用中においてトータルＮＯ_x 吸収量を算出するときに、排気ガス中のＮＯ_x 濃度を考慮する場合、このように排気ガス中のＮＯ_x 濃度がＮＯ_x 触媒１において下流側にいくほど低くなる点も考慮する必要がある。
【００２７】
以上説明した事項を考慮して、本実施例では、図１に示したように、排気ガスが流入する側から排気ガスが流出する側まで等間隔にＮＯ_x 触媒１をｎ個の複数の触媒領域に分割し、各触媒領域におけるＮＯ_x 吸収速度定数、各触媒領域におけるトータルＮＯ_x 吸収量、およびＮＯ_x 触媒１全体のトータルＮＯ_x 吸収量を図４に示した式に従って算出する。なお本実施例の触媒領域は、排気ガスが流入する側から排気ガスが流出する側まで等間隔に分割されたものであるが、触媒領域の分割の仕方には様々なものがあり、基本的には、分割された各触媒領域が結果的にＮＯ _x 吸収速度定数ごとに分割された領域となっていればよい。
【００２８】
さて本実施例では、まず初めに、ＮＯ_x 触媒１の分割された触媒領域のうち最も上流側の触媒領域を１番目として、ｋ番目の触媒領域におけるＮＯ_x 吸収速度定数Ｖｎｏｘ（ｋ）が、図４の式（１）に従って算出される。ここで、Ｃｎｏｘは１番目の触媒領域に流入したときの排気ガス中のＮＯ_x 濃度であり、Ｖｎｏｘ（ｋ−１）はｋ−１番目の触媒領域におけるＮＯ_x 吸収速度定数である。また、ＡはＮＯ_x 触媒入口の流路断面積であり、ｕはＮＯ_x 触媒入口のガス流速である。したがって、
【００２９】
【数１】

【００３０】
がｋ番目の触媒領域に流入する単位時間当たりの排気ガス中のＮＯ_x の量である。
【００３１】
また、ｋｓ０はＮＯ_x 触媒１の使用前に実験により求められたＮＯ_x 触媒１の初期ＮＯ_x 吸収速度定数であり、ｋｓ（ｋ）は初期ＮＯ_x 吸収速度定数ｋｓ０をｋ番目の触媒領域の初期ＮＯ_x 吸収速度定数に変換するための変換係数である。したがって、ｋｓ０×ｋｓ（ｋ）がｋ番目の触媒領域における初期ＮＯ_x 吸収速度定数である。
【００３２】
また、Ａｎｏｘｍａｘ（ｋ）はｋ番目の触媒領域において最大限に吸収可能なＮＯ_x の量であり、Ａｎｏｘ（ｋ）はｋ番目の触媒領域におけるトータルＮＯ_x 吸収量である。すなわちＡｎｏｘｍａｘ（ｋ）−Ａｎｏｘ（ｋ）は、ｋ番目の触媒領域がさらに吸収可能なＮＯ_x 量の残量であり、この残量が多いほど、結果としては、ｋ番目の触媒領域のＮＯ_x 吸収速度定数は大きくなる。
【００３３】
次いで、ｋ番目の触媒領域におけるトータルＮＯ_x 吸収量Ａｎｏｘ（ｋ）が、図４の式（２）に従って算出される。すなわち、図４の式（１）に従って算出された各触媒領域におけるＮＯ_x 吸収速度定数Ｖｎｏｘ（ｋ）を時間で積分することによって、ｋ番目の触媒領域におけるトータルＮＯ_x 吸収量Ａｎｏｘ（ｋ）が算出される。
【００３４】
次いで、ＮＯ_x 触媒１全体のトータルＮＯ_x 吸収量Ａｔｏｔａｌが、図４の式（３）に従って算出される。すなわち、図４の式（２）に従って算出された１番目の触媒領域におけるトータルＮＯ_x 吸収量Ａｎｏｘ（１）からｎ番目の触媒領域におけるトータルＮＯ_x 吸収量Ａｎｏｘ（ｎ）までを合計することによって、ＮＯ_x 触媒１全体のトータルＮＯ_x 吸収量Ａｔｏｔａｌが算出される。
【００３５】
ところでＮＯ_x 触媒１にリッチ空燃比の排気ガスが供給され、ＮＯ_x 触媒１からＮＯ_x が放出されると、トータルＮＯ_x 吸収量は少なくなる。このときトータルＮＯ_x 吸収量が零となるように、ＮＯ_x 触媒１にリッチ空燃比の排気ガスを供給することもできるが、こうすることは以下の理由により燃費の悪化につながる。すなわちＮＯ_x 触媒１にリッチ空燃比の排気ガスを供給したとしても、即座にＮＯ_x 触媒１から全てのＮＯ_x が放出されるわけではなく、実際には、ＮＯ_x 触媒１の各領域のうち幾つかの領域にはＮＯ_x が少なからず残る。このように残っているＮＯ_x は非常に少ないものの、こうしたＮＯ_x を各触媒領域から放出させるためには、同じようにしてリッチ空燃比の排気ガスを供給しなければならず、この場合、排気ガス中のＨＣの一部はＮＯ_x の放出・還元には消費されずに無駄となってしまう。
【００３６】
したがってＮＯ_x 触媒１に供給したＨＣが無駄とならない範囲で、ＮＯ_x 触媒１にリッチ空燃比の排気ガスを供給し、リッチ空燃比の排気ガスの供給を停止したときにＮＯ_x 触媒１に残っているＮＯ_x の量（すなわちトータルＮＯ_x 吸収量）を正確に把握しておき、このトータルＮＯ_x 吸収量を用いて次回のリッチ空燃比の排気ガスの供給のタイミングを決定すれば、全体としては、排気エミッションの悪化を抑制しつつ燃費の悪化を抑制することができる。
【００３７】
そこで本実施例では、ＮＯ_x 触媒１にリッチ空燃比の排気ガスが供給されている間は、図４の式（１）に代えて、図４の式（４）に従って、ｋ番目の触媒領域おけるＮＯ_x 吸収速度定数（実際にはＮＯ_x 放出速度定数）を算出する。
【００３８】
ここで、各触媒領域におけるＮＯ_x 放出速度定数は、そのときにＮＯ_x 触媒１に吸収されているＮＯ_x の量によって異なり、トータルＮＯ_x 吸収量が多いほど、ＮＯ_x 放出速度定数は大きくなる。上述したように、トータルＮＯ_x 吸収量はＮＯ_x 触媒１にリッチ空燃比の排気ガスを供給している間（すなわちＮＯ_x 触媒１の還元処理中）にも刻々と変化するので、ＮＯ_x 触媒１の還元処理中においてトータルＮＯ_x 吸収量を算出するときには、このトータルＮＯ_x 吸収量について考慮する必要がある。
【００３９】
さらに、ＮＯ_x 放出速度定数はＮＯ_x 触媒１に流入する排気ガス中のＨＣ，ＣＯ，Ｈ₂ などの還元剤の濃度によっても異なり、排気ガス中の還元剤の濃度が高いほど、ＮＯ_x 放出速度定数は大きくなる。排気ガス中の還元剤の濃度はＮＯ_x 触媒１の還元処理中において刻々と変化するので、ＮＯ_x 触媒１の還元処理中においてトータルＮＯ_x 吸収量を算出するときには、この排気ガス中の還元剤の濃度についても考慮する必要がある。
【００４０】
さらに、ＮＯ_x 触媒１に流入した排気ガス中の還元剤の濃度は、排気ガスがＮＯ_x 触媒１中を下流へ進むにつれて低くなる。なぜならば、排気ガス中の還元剤はＮＯ_x 触媒１においてその上流側から順に消費されていき、排気ガス中の還元剤が少なくなるからである。したがってＮＯ_x 触媒１の還元処理中においてトータルＮＯ_x 吸収量を算出するときに、排気ガス中の還元剤の濃度を考慮する場合、このように排気ガス中の還元剤の濃度がＮＯ_x 触媒１において下流側にいくほど低くなる点も考慮する必要がある。
【００４１】
以上説明した事項を考慮した式が図４の式（４）である。図４の式（４）において、Ｃｈｃは１番目の触媒領域に流入した排気ガス中の還元剤の濃度であり、αはｋ−１番目の触媒領域におけるＮＯ_x 放出速度定数をｋ番目の触媒領域に流入した排気ガス中の還元剤の濃度に変換するための変換係数である。
【００４２】
また、ｋｒ０はＮＯ_x 触媒１の使用前に実験により求められたＮＯ_x 触媒１の初期ＮＯ_x 放出速度定数であり、ｋｒ（ｋ）は初期ＮＯ_x 放出速度定数をｋ番目の触媒領域の初期ＮＯ_x 放出速度定数に変換するための変換係数である。したがって、ｋｒ０×ｋｒ（ｋ）がｋ番目の触媒領域における初期ＮＯ_x 放出速度定数である。
【００４３】
また、Ａｎｏｘ（ｋ）はｋ番目の触媒領域におけるトータルＮＯ_x 吸収量である。すなわち、Ａｎｏｘ（ｋ）が大きいほど、結果としては、ｋ番目の触媒領域のＮＯ_x 放出速度定数は大きくなる。
【００４４】
本実施例に従ってトータルＮＯ_x 吸収量を算出するためのフローの一例を図５に示した。図５のフローでは、初めにステップ１０において、ＮＯ_x 触媒１に流入する排気ガスの空燃比がリーンであるか否かが判別される。ステップ１０において、ＮＯ_x 触媒１に流入する排気ガスの空燃比がリーンであると判別されたときには、ルーチンはステップ１１に進んで、算出処理Ｉが実行される。算出処理Ｉでは、図４に示した式（１）に従ってＶｎｏｘ（ｋ）が算出され、このＶｎｏｘ（ｋ）を用いて図４に示した式（２）および式（３）に従ってトータルＮＯ_x 吸収量Ａｔｏｔａｌが算出される。
【００４５】
次いでステップ１２において、トータルＮＯ_x 吸収量Ａｔｏｔａｌが最大ＮＯ_x 吸収可能量に近い値であるがこれよりも小さい許容限界値Ａｍａｘを超えたか否かが判別される。ステップ１２において、Ａｔｏｔａｌ＞Ａｍａｘであると判別されたときには、ルーチンはステップ１３に進んでリッチ処理が実行される。リッチ処理では、ＮＯ_x 触媒１にリッチ空燃比の排気ガスが供給される。一方、ステップ１２において、Ａｔｏｔａｌ≦Ａｍａｘであると判別されたときには、ルーチンが終了する。
【００４６】
一方、ステップ１０において、ＮＯ_x 触媒１に流入する排気ガスの空燃比がリーンではないと判別されたときには、ルーチンはステップ１４に進んで、ＮＯ_x 触媒１に流入する排気ガスの空燃比がリッチであるか否かが判別される。ステップ１４において、ＮＯ_x 触媒１に流入する排気ガスの空燃比がリッチであると判別されたときには、ルーチンはステップ１５に進んで、算出処理IIが実行される。算出処理IIでは、図４の式（４）に従ってＶｎｏｘ（ｋ）が算出され、このＶｎｏｘ（ｋ）を用いて図４の式（２）および式（３）に従ってトータルＮＯ_x 吸収量Ａｔｏｔａｌが算出される。
【００４７】
次いでステップ１６において、トータルＮＯ_x 吸収量Ａｔｏｔａｌが上記許容限界値よりも小さく且つほぼ零に近い許容値Ａｍｉｎよりも小さくなったか否かが判別される。ステップ１６において、Ａｔｏｔａｌ＜Ａｍｉｎであると判別されたときには、ルーチンはステップ１７に進んで、リッチ処理が停止せしめられる。一方、ステップ１６において、Ａｔｏｔａｌ≧Ａｍｉｎであると判別されたときには、ルーチンが終了する。この場合には、ＮＯ_x 触媒１にリッチ空燃比の排気ガスが供給し続けられる。
【００４８】
なお、ステップ１４において、ＮＯ_x 触媒１に流入する排気ガスの空燃比がリッチではないと判別されたときには、ルーチンが終了する。
【００４９】
【発明の効果】
本発明によれば、ＮＯ _x 触媒内の分割された各領域における初期ＮＯ _x 吸収速度定数と、該分割された各領域に流入する単位時間当たりの排気ガス中のＮＯ _x 量とに基づいて、該分割された各領域ごとに単位時間当たりに吸収されるＮＯ _x の量が算出され、該分割された各領域ごとの単位時間当たりに吸収されるＮＯ _x の量に基づいて、トータルＮＯ_x 量が算出される。したがって本発明によれば、トータルＮＯ_x 量が正確に算出される。
【図面の簡単な説明】
【図１】ＮＯ_x 触媒を示す図である。
【図２】ＮＯ_x 触媒のＮＯ_x 吸放出メカニズムを説明するための図である。
【図３】ＮＯ_x 触媒の貴金属からＮＯ_x 吸蔵剤までの距離Ｄと、ＮＯ_x 吸収速度Ｖｎｏｘとの関係を示す図である。
【図４】トータルＮＯ_x 吸収量を算出するための式を示す図である。
【図５】トータルＮＯ_x 吸収量を算出するためのフローチャートである。
【符号の説明】
１…ＮＯ_x 触媒
２…排気通路

Claims

流入する排気ガスの空燃比がリーンであるときに排気ガス中のＮＯ_x を吸収し且つ流入する排気ガスの空燃比がリッチになると吸収しているＮＯ_x を排気ガス中の還元剤により還元浄化することができるＮＯ_x 触媒を具備する排気浄化装置において、
ＮＯ _x 触媒内の領域を複数の領域に分割し、前記分割された各領域における初期ＮＯ _x 吸収速度定数と、前記分割された各領域に流入する単位時間当たりの排気ガス中のＮＯ _x の量とに基づいて、ＮＯ _x 触媒に流入する排気ガスの空燃比がリーンであるときに、前記分割された各領域ごとに単位時間当たりに吸収されるＮＯ _x の量を算出し、該分割された各領域ごとの単位時間当たりに吸収されるＮＯ _x の量に基づいて、ＮＯ_x 触媒に吸収されているトータルのＮＯ_x 量を算出するトータルＮＯ_x 量算出手段を具備し、
前記分割された各領域に流入する単位時間当たりの排気ガス中のＮＯ _x の量の算出は、算出したい一つの領域となる対象領域よりも上流側にあるそれぞれの領域における単位時間当たりに吸収されたＮＯ _x の量の総和を算出し、該総和を最上流の領域に単位時間当たりに流入するＮＯ _x の量から引き算することにより行われる、
ことを特徴とする排気浄化装置。
ＮＯ_x 量が許容限界値に達したときに、ＮＯ_x 触媒にリッチ空燃比の排気ガスを供給することを特徴とする請求項１に記載の排気浄化装置。